Размещено на сайте 24.09.2009.
ПРЕДИСЛОВИЕ КАФЕДРЫ ПРОГНОЗОВ
Добрый день, уважаемые читатели журнала «Методолог».
Представлять сегодняшнего гостя рубрики Кафедра Прогнозов нет большой необходимости.
Д.т.н., профессор и Мастер ТРИЗ Александр Тимофеевич Кынин, ТРИЗ - эксперт южно корейской компании Samsung SDI не впервые является нашим автором. Сферу его профессиональной компетентности можно посмотреть в составленной им краткой справке.
Представляемый сегодня проект называется «Справочники по развитию технических систем».
Проект задуман как открытая справочная база данных, в которую собраны описания технических характеристик самых разных по предназначению Технических Систем в их эволюционном контексте. С точки зрения КП это абсолютно правильный и закономерный шаг в развитии ЗРТС как научной дисциплины.
Основоположник ТРИЗ – Генрих Саулович Альтшуллер призывал всех своих последователей составлять картотеки примеров из патентных фондов и истории развития техники для проведения процессов исследования и выявления закономерностей в развитии техники.
Многие ученики следовали этому совету, однако далеко не многие готовы открыто предоставлять такие базы данных всем желающим.
C 2006ого года существует открытая картотека примеров по различным законмерностям развития техники, которой пользуется проект «Кафедра Прогнозов». Сегодня мы получаем развитие этой инициативы со стороны моего уважаемого коллеги.
Редакция КП получила уже 6 первых информационных пакетов из базы данных «Справочники по развитию технических систем»:
1. Источники энергии как ресурсы развития технических систем.
2 Развитие технических систем отображения информации ( мониторы)
3 Развитие технических систем отображения информации (принтеры)
4 Развитие транспортных систем ( междисциплинарный обзор)
5 Развитие транспортных систем (водный транспорт)
6 Развитие транспортных систем (наземный и рельсовый транспорт)
Редакция КП фактически в рамках заявленного сегодня проекта уже формировала похожие материалы, например: Обзор сценариев развития автомобилей в условиях кризиса (1.2.3.4.5.6.7.8.9.10,11) , который можно вполне объединить с пакетом 1 ( «источники энергии как ресурсы развития ТС).
Будем надеяться, что общая копилка знаний об эволюции технических систем в виде таких баз данных будет пополняться другими исследователями. Слияние картотек разных авторов в одну большую,- со временем позволит получить вполне работоспособные справочники по инноватике, которых сегодня не существует.
Благодарим автора и его помощников за проделанную трудную работу и вклад в формирование ЗРТС как инновационной дисциплины, создание для нее опоры на факты.
Приятного чтения,
Ведущий рубрики Кафедра Прогнозов,
Юрий Даниловский.
«Справочники по развитию технических систем»
А.Кынин
Введение
***
Никто уже давно не сомневается, в исключительной важности технического прогресса. Поэтому вполне естественным является желание предугадать, как именно будет развиваться та, или иная Техническая Система (ТС).
Кроме того, участники проекта уверены, что фундаментом всей Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ) являются именно Законы Развития Технических Систем (ЗРТС).
Этое мнение изложено в статье "ТАК ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ТРИЗ?":
"ТРИЗ - это теория, основанная на объективных закономерностях развития техники и описывающая процесс создания человеком ее новых образцов".
В качестве основного объекта рассмотрения были выбраны так называемые S-кривые, которые описывают жизненный цикл ТС. К сожалению, в большинстве работ по ТРИЗ отсутствуют четкие требования к выбору параметров для описания "линии жизни".
В то же время, от этого выбора зависит изменение положения системы
на "линии жизни", которое определяет характер действий, которые требуется совершить на пути её совершенствования. Поэтому корректность построения "линии жизни" влияет на правильность выбора этапа развития ТС.
Данная работа является логическим продолжением статьи об источниках света (А. Кынин РАЗВИТИЕ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА ) и предназначена для широкого круга читателей: преподавателей, технических экспертов и людей, изучающих ТРИЗ, как самостоятельно, так и в рамках различных обучающих курсов.
Именно этим объясняется наличие в Приложениях не только хронологических
данных, но и кратких описаний рассматриваемых систем.
Представленный цикл статей представляет собой подборку фактических материалов по развитию самых различных систем.
Его структура является открытой и, при наличии доброй воли, этот проект может со временем превратиться в сборник статей, своеобразную "Энциклопедию развития ТС", в которую можно помещать работы и других авторов.
Целями представленной здесь работы являются:
- демонстрация примеров развития реальных ТС;
- продемонстрировать на этих объектах использование основных инструментов ТРИЗ;
- ввести в обращение результаты из англоязычных источников, которые не всегда доступны специалистам из России.
- формирование общности используемой терминологии. Предположительно, на основе этой базы примеров и её анализа можно будет говорить с людьми на одном языке, исключающем не очень понятные "Л-образные кривые", которые подробно обсуждают наши читатели на форуме журнала «Методолог» и другие неподкреплённые примерами модели.
Автор искренне хочет поблагодарить за неоценимую помощь в подготовке и критическом обсуждении представленных материалов своих коллег и друзей
В. Леняшина и Н. Фейгенсона.
РЕСУРСЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Кынин А.Т.
СОДЕРЖАНИЕ - CONTENTS
2 РЕСУРСЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ... 1
2.1 Энергия в Технических Системах. 3
2.3 Устройства для выполнения механической работы.. 7
2.3.2 Электрические Двигатели. 8
2.4 Устройства для хранения энергии. 9
2.4.1 Механические Аккумуляторы.. 9
2.4.2 Электрические Аккумуляторы.. 10
2.8 Инфраструктура (Надсистема) 14
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.1. Краткая хронология развития энергетики. 16
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.2. Краткая хронология развития двигателей. 18
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.3. Краткая хронология создания электрических аккумуляторов. 20
Создание и развитие любой Технической Системы (ТС) происходит не на пустом месте. Необходимым условием для того, чтобы ТС появилась, является наличие определенных предпосылок: запроса общества на предназначение, которое выполняет данная система и неких внешних ресурсов.
Действительно, первая ТС появилась тогда, когда первый ЧЕЛОВЕК поднял с земли палку, или камень. Взяв с земли этот камень, он совершил превращение вещества камня в Материал используемого Рабочего Органа (РО). Этим РО он совершил какое-то полезное действие, направленное на Обрабатываемый Объект (ОО) например, расколол орех. В этой первой ТС Источником Энергии (ИЭ) была пища, Двигателем (Дв) - мышечная сила человека и Трансмиссией (Тр) - его рука. Но если это действие было спонтанным и не повторялось человеком сознательно, то данная ТС бесследно исчезала, как только человек бросал камень. Чтобы повторно использовать этот же самый (или другой) камень, человек должен был обладать определенной Информацией о том, что этим камнем можно сделать что-то полезное. Для того чтобы это мог использовать другой человек, эту информацию надо было донести до него в доступном для понимания виде. Сначала, это были визуальные повторения действий. Затем, с развитием языка, повторения частично заменились рассказами, о том, как это делать. Это была первая инструкция по эксплуатации.
Когда была создана первая полная ТС, т.е. система, где человек перестал выполнять роль двигателя, то выполнение этой функции было возложено на двигатель-устройство. Человек, в этом случае, сохранил для себя роль источника и хранителя информации, которая обеспечивала ему выполнение функций Системы Управления (СУ).
Таким образом, появление любой ТС обусловлено возможностями Надсистемы обеспечить возможность ее рождения и функционирования. Мы ограничимся теми, которые, с нашей точки зрения, наиболее важны. Это системы, которые, в соответствии с патентной классификацией называются материалы, устройства (ТС) и технологии.
Материалы включают в себя как вещества, непосредственно использованные для создания ТС, так и вещества, которые являются источниками энергии (различные виды топлива).
Устройства - это различные объекты искусственного происхождения, созданные для выполнения определённых функций [http://ru.wikipedia.org/wiki/Устройство].
Технологии - это совокупности методов и инструментов для достижения желаемого результата; метод преобразования данного в необходимое; способ производства [ http://ru.wikipedia.org/wiki/Технология ]. Технологии включают в себя описание различных Технологических Процессов (ТП), т.е. являются, в том числе, информационной базой развития техники.
Но есть еще один фактор, о котором часто забывают. Это инфраструктура (Надсистема), то есть то, что окружает ТС. Так, автомобиль не мог бы развиваться, если бы не было развитой системы дорог. Мобильные телефоны невозможны без сети ретрансляционных станций, и т.д.
Очень интересно отметить, что для таких важнейших составляющих ТС, как материалы, энергия и информация существуют некоторые общие подходы. Например, в работе [ Heebyung Koh, Christopher L. Magee / A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology /Technological Forecasting & Social Change (2007) ] предложена классификация технологических операций для работы с материалами, энергией и информацией, представленная в Table 1.
Действительно, можно видеть что, в казалось бы совершенно различных областях, наблюдается сходство выполняемых функций. Такое сходство поддерживает постулат ТРИЗ о том, что именно выполняемые функции являются базовым понятием для ТС и их развития.
Table 1. Примеры выполняемых функций для материалов, энергии и информации
| Функция | Материал (М) | Энергия (E) | Информация (I) |
| Преобразование | Доменная печь | Двигатели, электромоторы | Калькуляторы, РС |
| Транспорт | Грузовик | Электрическая сеть | Кабели, телефон, радио, Интернет |
| Хранение | Склад | Батареи, конденсаторы, маховики | Книги, магнитная запись, оптические диски. |
| Изменение | Торговля | Рынок энергии | WWW, Wiki |
| Контроль | Медицинское обслуживание | Комиссия по атомной энергии | Комиссия по стандартам Интернет |
Классификация, естественно, спорная. Так, вызывает удивление то, авторы объединили в одних и тех же колонках принципиально различные области техники. Но, с другой стороны, действительно, можно видеть что, в, казалось бы, совершенно различных областях, наблюдается сходство выполняемых функций. Такое сходство поддерживает постулат ТРИЗ о том, что именно выполняемые функции являются базовым понятием для ТС и их развития.
6.1 Энергия в Технических Системах
С самого начала использования преобразователей энергии изобретатели старались повысить долю энергии, которая преобразуется в полезную работу. К сожалению, законы термодинамики постулируют, что полное превращение энергии в работу невозможно. Поэтому используется понятие эксергия (эксэргия) (от греч. ek, ех - приставка, означающая высокую степень, и ergon работа), обозначающее максимальную работу, которую может совершить термодинамическая система при переходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Эксергией иногда также называется работоспособность системы [http://ru.wikipedia.org/wiki/ ]. В дальнейших рассуждениях под процессом использования энергии будем понимать именно ее работоспособность.
Такой подход полностью соответствует Закону Повышения Идеальности, который гласит, что идеальность любой ТС определяется отношением суммы выполняемых полезных функций к сумме затрат на их выполнение [ГСА]. Поэтому рассмотрение истории развития любой ТС иллюстрирует повышение доли энергии, преобразуемой в полезную работу, то есть повышение Идеальности системы, поскольку затраты энергии на выполнение аналогичной функции уменьшаются.
Весьма близкая точка зрения была высказана Эйресом [ R.U. Ayres / Empirical measures of technological change at the sectoral level / Technol. Forecast. Soc. Change 27 (2-3) (1985) 229-247 ] и продолжена в работе [ Mario Coccia / Technometrics: Origins, historical evolution and new directions / Technological Forecasting & Social Change 72 (2005) 944-979 ]. В этих работах различные системы были проанализированы с точки зрения их эффективности, которая определялась как отношение стоимости к физическому выходу из системы, т.е. выполняемым ею функциям.
Повышение эффективности различных ТС в процессе развития было показано Эйресом как на примере отдельных отраслей (отопление, освещение, транспорт и т.д.), так и в виде суммарного повышение эффективности в условных единицах (См. Рис. 1).
Действительно, утверждение о том, что изобретатели стараются создать все последующие системы более эффективными, кажется вполне очевидным. Однако на Рис. 1 видно, что эффективность использования энергии приближается к насыщению в районе 0,045-0,05.
Рис. 1. Повышение суммарной эффективности использования энергии во времени в относительных единицах (A) и распределение энергии по областям использования (В): обогрев (1), охлаждение и кондиционирование (2), приготовление пищи и мытье посуды (3), освещение (4), строительство (5), транспорт (6), машиностроение (7), промышленный нагрев (8), прочие (9) [ ROBERT U. AYRES / Technological Progress: A Proposed Measure / Technological Forecasting and Social Change 59, 213-233 (1998)].
При общей тенденции к росту эффективности различные составляющие потребляемой энергии существенно изменяют свои соотношения. Относительные затраты на отопление домов упали с 89% в 1800 году до 15% в 1991, а затраты на транспорт, напротив, возросли за этот же период с 3 до 28%. В то же самое время, расход тепла для нагревания в промышленности прошел свой пик в 1950 году и с тех пор уменьшается. Т.е. расход происходит замещение старой потребности новой, вновь сформированной. При этом количество энергии, используемой для удовлетворения различных потребностей, подчиняется тем же закономерностям, что и для прочих ТС.
Краткая хронология развития энергетики приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.1.
6.2 Источники Энергии
Прежде всего, рассмотрим Источники Энергии, так как именно они определяют всю дальнейшую цепочку энергетических преобразований в ТС. По сложившейся в ТРИЗ традиции ИЭ уделяется весьма малое внимание. Это можно понять, т.к. основное внимание сконцентрировано на самих Технических Системах в целом, а ИЭ являются только их составной частью, причем не обязательной.
Сначала определимся с типами ИЭ. Принято разделять их на возобновляемые и не возобновляемые.
Возобновляемыми источниками считаются ИЭ, которые воспринимают энергию солнца, и/или Земли, или непосредственно, или через небольшое преобразование. К таким источникам относятся ветра, которые образуются при неравномерном нагреве земной поверхности, реки, которые возникают при конденсации испаренной солнцем влаги, растения, связывающие углерод в процессе фотосинтеза, вулканическое тепло Земли и др.
К невозобновляемым относят ресурсы, созданные в результате того же фотосинтеза (уголь), или сложных физико-химических процессов (нефть) в течение миллионов лет существования Земли.
Table 2. Различные источники энергии
| Воздействие | Источник энергии |
| Механическое | Ветер, течение воды, перепад высоты воды, мускульная сила людей и животных. |
| Тепловое | Тепло солнца, тепло земли, теплота сгорания топлива. |
| Химическое | Фотосинтез. |
| Электрическое | Атмосферное электричество. |
| Магнитное | Магнитное поле Земли. |
| Электромагнитное | Солнечный свет. |
Соответственно, можно классифицировать все эти источники в соответствии с принятыми в ТРИЗ техническими воздействиями (полями) (См. Table 2).
6.2.1 Механическая энергия
Самым ранним, и до сих пор наиболее распространенным типом воздействия, является механическое. Естественно, что в начальный период развития цивилизации в качестве источника механической энергии человек использовал свои мускулы.
Затем появились ТС, которые использовали домашних животных, чья мускульная сила заменила человека. Домашние животные использовались в качестве транспортного средства и приводов различных устройств, например колес для подъема воды или мельничных жерновов.
Примером использования энергии ветра можно считать создание первых парусных судов в IV тысячелетии до Р.Х., но она использовалась только для перемещения транспортного средства. То есть парус заменял человека только в качестве гребца, но не мог выполнять любые другие виды механической работы вместо человека. Использование других ресурсов, например энергии воды, началось существенно позже. Первые водяные мельницы появились не ранее II века до Р.Х., а ветряные только в Х веке. С небольшими изменениями такие двигатели дожили до ХVIII века.
Попытки заменить эти источники механической энергии на более мощные делались давно. Но они не имели успеха, потому, что для их эксплуатации не было необходимых ресурсов, например материалов и технологий обработки. Так, например, паровая турбина Герона, созданная в I веке до Р.Х. [П. Джеймс, Н. Торп - Древние изобретения Минск, "Попурри", 1997, стр. 305] так и не нашла себе применения.
И только с созданием первой промышленной паровой машины Томасом Сейвери в 1698 году [Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki Паровая машина] началась эпоха тепловых Двигателей (Дв), в которых исходным материалом, т.е. Источником Энергии для получения механической энергии, служат различные виды топлива. На смену паровому пришли двигатели внутреннего сгорания и дизели. И до сих пор именно тепловые Дв являются самым массовыми. Более подробно этот вопрос буде рассмотрен в разделе 2.3.1.
6.2.2 Тепловая Энергия
Не подвергается сомнению, что из различных видов энергии (по терминологии ТРИЗ - технических полей) первым сознательно использованным было тепловой поле. Именно использование огня дало возможность сделать первый шаг к развитию цивилизации. Огонь, взятый от зажженного молнией дерева, использовался для обработки пищи (приготовления и сохранения), для согревания и для отпугивания хищников.
Основным источником энергии были дрова. Именно древесина десятки тысяч лет служила единственным источником тепловой энергии. Несомненно, что при этом увеличивалась эффективность ее использования. Так обычный костер превратился в очаг, а затем в камин и печь. Затем печь обзавелась системой дымоходов и т.д.
Параллельно велись поиски более эффективных видов топлива. Так, вначале использовались дрова. Конечно, в условиях дефицита ресурсов заменой древесине становились солома, сушеный навоз и другие суррогаты. Однако, общая тенденция применения все более эффективного (калорийного) топлива сохранялась. На Рис. 2 представлен график увеличения эффективности топлива. Эффективность выражена в количестве топлива, необходимого, чтобы заставить гореть 100W лампу накаливания в течение года (876 kWh, or 3153.6 MJ) при 100% превращении тепловой энергии в электрическую. В данном случае известен теоретический предел данной зависимости, так как для получения указанного количества энергии может быть израсходовано 1,75*10-5 кг антиматерии.
Рис. 2. Повышение эффективности различных видов топлива: древесины, угля, керосина, метана и урана [http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_of_combustion].
Потребление энергии растет. Растет, соответственно, и количество потребляемого топлива. Например, на Рис. 3 представлены данные по увеличению мирового производства угля и нефти.
Рис. 3. Рост мирового производства угля и нефти [Birgitte Andersen, Vivien Walsh / Co-evolution of technological systems, blurring of industry boundaries and broadening of competencies in the chemical industry].
Причем, в потреблении различных видов топлива также наблюдается картина, аналогичная традиционным ТС: новый, более удобный для использования вид топлива постепенно вытесняет предыдущий.
Рис. 4. Соотношение различный источников энергии: дерева, угля, нефти, газа, ядерной и прочих источников энергии [Dmitry KUCHARAVY, Roland DE GUIO / Application of S-shaped curve / ETRIA TRIZ FUTURE CONFERENCE 2007, Frankfurt, November 7 / 2007].
Пример такого вытеснения представлен на Рис. 4, где данные для древесины, угля, нефти, газа, ядерной энергии и альтернативных источников энергии (solfus) выражены в долях от общего потребления энергии.
Эти зависимости имеют колоколообразную форму, аналогичную кривым, описывающим процесс вытеснения старых ТС более новыми. То есть, ИЭ эволюционируют точно так же, как "традиционные" ТС.
В настоящее время нефть, уголь и газ занимают ведущие позиции в энергетике (См. Рис. 5).
Рис. 5. Современный баланс различных источников энергии [ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Мартыненко О.Г.].
Так, уголь не только был более эффективен, чем дерево, но и использовать его было более удобно, чем дрова. В то же время, применение жидкого и газообразного топлива несравненно удобнее, чем применение твердого угля. Так, именно нефть позволила отказаться от кошмаров «бункеровки» кораблей и, в настоящее время, практически вытеснила уголь из транспорта, оставив для него нишу в производстве электроэнергии на больших электростанциях. То есть, выбор ИЭ шел в соответствии с трендом:
& Вещество: твердое- жидкое- газ.
Дальнейшее развитие энергетики, видимо, связано с использованием атомной энергии, где на смену сгоранию топлива приходят реакции атомного деления, или синтеза, что соответствует тренду перехода на микроуровень.
Краткая хронология развития энергетики приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.1.
6.3 Устройства для выполнения механической работы
Важнейшим фактором, обеспечивающим нормальное существование других систем, являются различные устройства для выполнения какой-либо полезной функции за счет преобразования энергии. Устройства, которые преобразуют любой другой вид энергии в механическую, называют Двигателями. Двигатель (Дв.) - это составная и неотъемлемая часть ТС. Более того, для многих систем (например, транспортных) именно двигатель определяет основные параметры системы.
Как правило, механическая энергия Дв не может быть непосредственно использована для движения. В эти случаях, дополнительно вводятся Трансмиссия и Рабочий Орган. В случае транспортных систем РО называется Движителем. Движитель - это устройство, преобразующее энергию двигателя либо внешнего источника в полезную работу по перемещению транспортного средства. Например: [ Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki Движитель ]. Примерами Движителей являются колеса автомобиля, винт судна и т.д.
6.3.1 Тепловые Двигатели
Как уже было сказано, тепловые двигатели сейчас являются наиболее распространенным типом Двигателей. Естественно, что начиная с создания первой паровой машины, изобретатели старались повысить их эффективность. История совершенствования паровых Дв описана в [ Сто великих изобретений Паровая машина http://savelaleksandr.narod.ru/IZOB/page32.html]. Графики изменения удельной мощности и эффективность различных двигателей представлены на Рис. 6.
Зависимость удельной мощности паровых двигателей от времени имеет ступенчатую форму. То есть, мощность паровых двигателей практически не изменялась в течение 40 лет. И вновь начала расти лишь с созданием в 1876 машины тройного расширения.
На Рис. 6 В также видно, как появление конкурента (турбины) заставило паровую машину интенсивно развиваться. Но к 50 годам ХХ века паровая машина исчерпала ресурсы развития и, в настоящее время, практически исчезла из употребления.
Рис. 6. Удельная мощность (А) и эффективность (В) двигателей. А: 1 - ДВС (Автомобили), 2 - ДВС (Самолеты), 3 - Электромотор, 4 - Турбина (Самолеты), В: 1 – Паровая машина, 2 – Газовая турбина [ Heebyung Koh, Christopher L. Magee / A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology /Technological Forecasting & Social Change (2007) ].
Следует отметить, что удельная мощность двигателей не всегда возрастала. На рисунке Рис. 6 В можно видеть, что в 70-х годах снижалась удельная мощность автомобильных двигателей, а в 90-х авиационных турбин. Это не удивительно, так как именно эти годы были отмечены всплесками энергетических кризисов, поэтому можно предположить, что конструкторы стали уделять большее внимание экономичности двигателей. Действительно, эффективность двигателей при этом продолжала непрерывно возрастать.
Смена паровых машин турбинами сопровождалась заменой типа движения с поступательного на вращательное, что соответствует трендам ЗРТС:
& Геометрическая эволюция: линия- плоскость- объем.
Кроме того, это было, по сути дела, возвращение на новом этапе к идее турбины Герона, что подтверждает предположение Ю. Даниловского о цикличности развития техники [http://blogs.mail.ru/mail/zrts7/3ABF99957CD25FC1.html].
Краткая хронология развития тепловых двигателей приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.2.
6.3.2 Электрические Двигатели
Электрические двигатели появились сравнительно недавно, но заняли очень важное место в технике. Они служат для преобразования электрической энергии в механическую, причем их эффективность может достигать 90%. По своей мощности электродвигатели практически достигла показателей для тепловых двигателей (См. Рис. 6 А).
Электрические двигатели, как правило, используют Источник Энергии, который находится вне рассматриваемой Системы.
& Тренд: переход в Надсистему.
Таким образом, реальная эффективность электромоторов может составить не более 90% эффективности тепловых двигателей, а с учетом транспортировки энергии еще меньше. Но преимущества электродвигателей в ряде использований настолько очевидны, что сфера их использования все более расширяется. Обзор развития электродвигателей приведен в работе [ В.Д.Бердоносов / Развитие электропривода (проявление законов развития технических систем в электроприводе) / www.trizland.ru/trizba/pdf-articles/razvitiee_electroprivoda.pdf ].
Краткая хронология развития электродвигателей приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.2.
6.4 Устройства для хранения энергии
Источники Энергии не обязательно являются каким-либо видом топлива. Очень важным требованием является возможность сохранения уже полученной энергии с целью её последующего использования и применения ее в требуемый момент. Такие устройства называются аккумуляторами. Аккумулятор (лат. accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю). В зависимости от вида накапливаемой энергии различают:
- Механические
o Упругие основанные на увеличении потенциальной энергии различных сред при их упругой деформации.
§ Пневматический аккумулятор
§ Пружинный аккумулятор
§ Резиновый аккумулятор
o Инерционные - основанные на способности тел накапливать кинетическую энергию (маховик, гироскоп).
o Гравитационные - основаны на накоплении потенциальной энергии взаимного положения тел (гидроаккумулирующая электростанция - ГАЭС, водонапорная башня).
- Тепловые
o Аккумулятор холода (физико-химические охладители)
o Аккумулятор тепла (физико-химическая грелка).
- Электрические
o Электрохимические аккумуляторы
o Конденсатор
- Световые (кристаллофосфоры).
По данным: [ http://ru.wikipedia.org/wiki ].
Наиболее распространены механические и электрические аккумуляторы.
6.4.1 Механические Аккумуляторы
Аккумуляторы механической энергии известны с незапамятных времен. Первым таким аккумулятором был, по-видимому, лук. Действительно, тетива собирала энергию человеческой руки, преобразовывала ее в энергию деформации лука, а затем возвращала запасенную энергию стреле. Однако, такое сохранение энергии возможно только на весьма короткое время. Поэтому лук еще не являлся полноценной ТС. Такой системой позже стал арбалет.
В некоторой степени аккумуляторами являются также водяные мельницы, расположенные у запруд, поскольку в запрудах в период половодья собиралась вода, которую можно было использовать для производства механической энергии в нужное потребителю время.
Своеобразным аккумулятором механической энергии в паровых машинах служил маховик, который за счет накопленной энергии вращения помогал преодолевать «мертвую точку». Современным продолжением линии механических аккумуляторов являются различные маховики, эффективность (удельное содержание энергии) которых соизмерима с показателями электрических аккумуляторов (См. Рис. 7).
6.4.2 Электрические Аккумуляторы
Принцип действия электрических аккумуляторов основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы (См. Table 3).
Table 3. Типы электрических аккумуляторов [ http://ru.wikipedia.org/wiki ].
| Тип | Область применения |
| Свинцово-кислотные (Lead Acid) | автомобили, электропогрузчики, штабелеры, электротягачи, аварийное электроснабжение, источники бесперебойного питания |
| Никель-кадмиевые (Ni/Cd) | замена стандартного гальванического элемента |
| Никель-металл-гидридные (Ni/MH) | замена стандартного гальванического элемента, электромобили |
| Литий-ионные (Li-ion) | мобильные устройства, электромобили |
| Литий-полимерные (Li-polemer) | мобильные устройства |
Для таких устройств также важно повышение их эффективности. Увеличение удельной энергии различных типов аккумуляторов, которое выражается в увеличении мощности на единицу массы в Ватт-час/Кг, представлено на Рис. 7.
Рис. 7. Повышение эффективности электрических аккумуляторов: свинцового (1), Ni-Cd (2), NiMH (3), Li-ионного (4), Li-полимерного (5); электрических конденсаторов (6) и маховиков (7) [ Heebyung Koh, Christopher L. Magee / A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology /Technological Forecasting & Social Change (2007) ].
Можно видеть, что в настоящий момент ресурс свинцовых акумуляторов практически исчерпан и дальнейшее развитие аккумуляции электрической энергии будет осуществляться с помощью других видов аккумуляторов.
Краткая история развития электрических аккумуляторов приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.3.
6.5 Передача энергии
Энергию недостаточно получить и сохранить. Необходимо передать ее от Источника Энергии к Двигателю и далее к Рабочему Органу. В полной ТС эта функция выполняется Трансмиссией.
Механическая энергия передается с помощью различных передач и редукторов, но достаточно трудно поддается транспортировке на большие расстояния. Первое, что бросалось в глаза на заводе ХIХ века - это огромное количество ременных передач от главной машины к станкам. Именно неудобство транспортировки было одной из причин вытеснения из промышленности тепловых машин электрическими.
Виды транспорта различных видов энергии представлены в Table 4.
Table 4. Транспорт различных видов энергии.
| ЭНЕРГИЯ | ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ |
| Механическая | Валы, ременные передачи, редуктора. |
| Тепловая | Трубопроводы с теплоносителями |
| Химическая | - |
| Электрическая | Проводники |
| Магнитная | Магнитопроводы |
| Электромагнитная | Атмосфера (для радиоволн), зеркала (для света). |
6.6 Материалы
Когда в работах по ТРИЗ идет речь о ТС, то, "по умолчанию", принимается, что ими являются только различные устройства и механизмы. Материалы обычно выступают в виде ресурсов, которые можно использовать для достижения поставленной цели. В то же время как бы "за кадром" остается очень серьезная проблема: а из чего именно эти устройства сделаны?
Материал - это то, из чего состоит используемый объект. Вещество (камень), стало материалом только тогда, когда человек включил его в состав системы. То есть, материал - это не просто вещество, а вещество, которое было обработано человеком. В таком случае материал - это искусственно созданное и обработанное человеком вещество, или комбинация веществ, из которых состоит рассматриваемый объект. Свойства материала должны быть достаточны для выполнения объектом его полезного предназначения. При использовании такого определения мы четко ограничиваем круг веществ, пригодных для изготовления того, или иного объекта, способностью обеспечивать его применимость.
Количественной характеристикой любого из используемых материалов является его количество, которое было произведено (или добыто). Примером такой зависимости является, например, производство стали (См. Рис. 8. ). Они описываются кривыми, форма которых достаточно близка к S - образной.
Рис. 8. Рост количества выпуска стали в зависимости от времени для Англии, США, Германии и Японии [ http://www.ssc.wisc.edu/globalization_and_the_race_for_resources/materia... ].
Характер кривой в этом случае обусловлен непрерывным ростом потребностей человека и ограничен ресурсами производства. Такое поведение характерно, прежде всего, для материалов (например, продукты питания, сырье и т.д.). Подобные примеры также представлены в работах [ Birgitte Andersen, Vivien Walsh Co-evolution of technological systems, blurring of industry boundaries and broadening of competencies in the chemical industry DRUID SUMMER CONFERENCE COMPETENCE, GOVERNANCE & ENTREPRENEURSHIP, 9-11 June, Bornholm, Denmark 1998 http://www.druid.dk/index.php?id=21] и [ A.T. Kearney How Wireless changes the way we work http://www.atkearney.com/shared_res/pdf/WiFi_Monograph_S.pdf ], где приведены графики увеличения общего выпуска различных продуктов питания и химикатов.
При этом параметры (свойства) материалов также не оставались постоянными. Они росли в соответствии с ростом потребностей. Для последующего анализа определим критерий сравнения. Для конструкционных материалов это будет удельная прочность, то есть отношение прочности на разрыв к плотности материала. Действительно, всегда удобнее использовать более легкий инструмент. Этот параметр не является физической величиной, но часто используется в технике [ http://enc.mail.ru/article/1900459187]. На практике этот параметр настолько важен, что его называют даже коэффициентом качества конструкций [ http://www.architector.ru/spr/teploizol/33.asp]. Это позволило сравнить с единых позиций все основные материалы от камня до композитов [ А. Кынин МЕТОДЫ ТРИЗ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ // Журнал ТРИЗ 2 (15), 2006, С. -. TRIZ in MATERIAL SCIENCE. //Journal of TRIZ 2(15), 2006, P.64-74. ].
График повышения удельной прочности материалов в зависимости от времени приведен на Рис. 9.
Рис. 9. Повышение удельной прочности используемых материалов в зависимости от времени [http://www.unu.edu/unupress/unupbooks/uu24ee/uu24ee0k.gif
То есть, прочность материалов возрастала, в соответствии с ростом потребности техники в более прочных материалах. Когда резервы роста удельной прочности перестали отвечать запросам общества, появились новые материалы (нержавеющие стали, алюминий, титан).
Аналогичные зависимости мы можем наблюдать для свойств всех прочих старых конструкционных материалов, исчерпавших резервы роста, таких как медь и ее сплавы, сплавы алюминия и т.д. Однако, ни устройства, ни материалы не появляются сами по себе. Они являются результатом применения определенной Технологии, которая включает в себя информацию об используемых инструментах, последовательности выполнения операций.
При этом более прогрессивные материалы вытесняли традиционные материалы полностью, либо частично (См. ).
Краткая хронология открытия и создания основных конструкционных материалов приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.4.
Рис. 10. Смена относительной доли используемых материалов в зависимости от времени [ MATERIALS SELECTION IN THE DESIGN PROCESS / Reading: Ashby Chapters 1, 2, and 3.http://oregonstate.edu/instruct/me480/Lecture/W09/PDF_Files_W09/WeekOne.pdf ].
6.7 Технологии
Согласно определению: Технология (от греч. téchne - искусство, мастерство, умение и греч. логия - изучение) это совокупность методов и инструментов для достижения желаемого результата; способ преобразования данного в необходимое [ http://ru.wikipedia.org/wiki/Технология ].
Свое название эта важнейшая сторона человеческой деятельности получила от Иоганна Беккмана, который назвал так научную дисциплину, которую читал в германском университете в Геттинге с 1772 г. Несмотря на это, сама по себе технология возникла вместе с первыми орудиями производства. Так, уже на древнейших первобытных стоянках присутствуют некоторые формы каменных орудий, приготовляемых на основании заготовок. Это означает, что первый человек изобрел одновременно и ядрища, и заготовки, и орудия. Более подробно история развития инструментов изложена в [ Хронология изобретений инструментов http://talks.guns.ru/forummessage/42/255405-8.html ].
Именно знание о порядке обработки и должен был передавать один человек другому. Сумма и нужная последовательность операций и есть то, что мы сейчас называем технологией. Причем, схема работает только тогда, когда все операции расставлены в нужном порядке, поскольку выпадение любой операции делает всю схему бессмысленной.
Поскольку ТРИЗ создавался как результат обработки патентного фонда, то в нем, в соответствии с патентной классификацией, оказались искусственно разделены устройства, материалы и способы (технологии). Так, даже при рассмотрении ТС "за скобками" остался даже Объект Обработки. В то же время, технология незримо присутствует в ТРИЗ. Так, в перечне из 40 Принципов к конструкции устройства относятся 14 (1, 2, 3, 7 ,8 ,11, 14, 15, 17, 18, 24, 26, 29, 30), к используемым материалам и их характеристикам 8 (27, 31, 35, 36, 37, 38, 39, 40) а к способам (технологиям) - 13. Это принципы: 5. - ОБЪЕДИНЕНИЯ, 6. - УНИВЕРСАЛЬНОСТИ, 9. - ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО АНТИДЕЙСТВИЯ, 10. - ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ, 12. - ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНОСТИ, 13. - "НАОБОРОТ", 16. - ЧАСТИЧНОГО ИЛИ ИЗБЫТОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ, 19. - ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, 20. - НЕПРЕРЫВНОСТИ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ, 21. - ПРОСКОКА, 22. - "ОБРАТИТЬ ВРЕД В ПОЛЬЗУ", 25. - САМООБСЛУЖИВАНИЯ, 28. - ЗАМЕНЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. Естественно, что такая классификация достаточно условна, однако она дает общее понятие о роли технологий в методике ТРИЗ.
Поэтому не удивительно, что Технологии подчиняются тем же общим закономерностям развития техники, что и другие системы: Устройства и Материалы. Так, на Рис. 11 представлен процесс замещения технологий производства сталей. Каждая новая технология вытесняла предыдущую, подобно традиционным ТС.
Так, пудлинговый метод выплавки стали, изобретенный англичанином Кортом в 1784 г., уступил место Бессемеровскому (конверторному), а тот, в свою очередь, Мартеновскому. Причем, процесс роста и спада производства стали по каждому из способов имеет форму, близкую к колоколообразной.
При этом развитие не идет однозначно. Так, электрический метод выплавки, который появился еще в начале ХХ века, до сих пор уступает по значимости кислородному дутью, но имеет шанс занять его место в будущем.
Рис. 11. Смена технологий производства стали в относительных координатах: пудлинговая, Бессемеровская, Мартеновская (open-hearth), электрическая и кислородная [ Application of S-shaped curve Presented at ETRIA TRIZ Future Conference 2007, Frankfurt by Dmitry KUCHARAVY and Roland DE GUIO, 7th November 2007].
Краткая хронологиия появления основных технологий обработки материалов приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.4.
6.8 Инфраструктура (Надсистема)
Ни одна из созданных человеком технических систем не существует вне связи с окружающим миром. Все, что обеспечивает существование цивилизации называется Инфраструктурой и определяет многие требования к инновациям.
Особенно заметно влияние инфраструктуры на транспорт. Это очевидно, так как появление автомобиля было бы невозможно без наличия дорог. В свою очередь, именно автомобиль заставил не только развивать сеть дорог, но и улучшать их качество.
Важность и интенсивность использования элементов инфраструктуры также изменяется со временем. Особенно важна роль инфраструктуры для развития транспорта (См. Глава 3).
Для всех других ТС влияние инфраструктуры также очень велико. Например, развитие электроники было бы не возможно, если бы в квартирах не было источников электричества, которые появились там для обеспечения электрического освещения. А развитие портативных электронных устройств немыслимо без широкой продажи источников питания (батарей и аккумуляторов).
Естественно, что любая новая ТС будет успешной, если она сможет использовать уже существующую инфраструктуру. Этим был вызваны темпы успешного внедрения малогабаритных люминисцентных ламп, которые можно было вкручивать в имеющиеся патроны для ламп накаливания. Этим же объясняется развитие сетей Интернет, которые используют телефонные сети, сети кабельного телевидения и даже силовые сети [Power line communication (PLC). http://en.wikipedia.org/wiki/Power_line_communication ].
С другой стороны, инфраструктура может ограничивать развитие ТС. Так, создатели «Грейт Истерна» не учли возможности существующих причалов, что явилось одной из причин неудачи этого проекта.
Иногда причина особенностей инфраструктуры лежит очень глубоко. Например: «...По бокам космического корабля "Кеннеди" размещаются два двигателя по 5 футов шириной. Конструкторы корабля хотели бы сделать эти двигатели еще шире, но не смогли, потому что двигатели доставлялись по железной дороге, а расстояние между рельсами 5 футов (4 фута 8.5 дюйма). Почему? Железную дорогу в Штатах делали, как в Англии, а в Англии - по ширине трамваев, а трамваи - по образцу конки, которые делали так, чтобы колеса попадали в колеи, а расстояние между колеями в Англии - 5 футов. Потому что дороги в Великобритании делали римляне по размеру своих боевых колесниц, ширина которых была 5 футов, потому что в колесницу запрягали двух лошадей и 5 футов - это ширина двух лошадиных задов! Следовательно, размер космических двигателей зависел от размера лошадиного зада 2000 лет назад! ...» [Совпадения или закономерности? http://www.rb.ru/blog/kurtal/s=9da3e962d0a151dcbf1276f07a13d8f8&showentry=592834 ].
6.9 Заключение
При рассмотрении таких ресурсов развития Технических систем, как энергетические (топлива и двигатели), материальные (материалы) и информационные (технологии) было показано, что на эти ресурсы распространяются общие Закономерности Развития Технических Систем.
Примером использования прогноза развития ресурсов служит создание ракеты «Поларис». Первоначальный вариант, основанный на имевшихся в то время ядерных боеголовках, был слишком велик для установки ее на подводной лодке. Однако, руководитель проекта Э. Теллер решил, что конструкция ракеты должна базироваться на размерах будущей боеголовки, которая еще не создана. Действительно, прогноз оказался правильным и к окончанию работы размеры боеголовки соответствовали размерам ракеты [Дж. Мартино (JOSEPH P. MARTINO) -ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ (Перевод с английского Technological Forecasting for Decisionmaking NEW YORK - 1972)-1977, С.381].
То есть, создавая новую систему, изобретатель должен представлять не только ее характеристики, но и возможности имеющихся ресурсов. Причем, поскольку, как было показано, ресурсы также являются ТС и развиваются по сходным законам, возможно предсказание такого развития, что определяется «многоэкранным мышлением» и использованием Системного Оператора.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.1. Краткая хронология развития энергетики.
Источники:
| 1 | http://www.eia.doe.gov/kids/history/timelines/general.html |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.2. Краткая хронология развития двигателей
| Год | Название | Изобретатель, и/или Фирма | Страна |
| -5000 | Парус и корабль с двухногой мачтой. | ||
| -300 | Водяная мельница. | ||
| -30 | Герон из Александрии построил первую паровую турбину, названную aeolipile. | ||
| 200 | Водяные мельницы | Китай | |
| 900 | Появление ветряных мельниц | Афганистан | |
| 1593 | Запатентована ветряная мельница с коленчатым валом | Голландии | |
| 1673 | Проект "порохового двигателя", прообраз Д.В.С. | Христиан Гюйгенс, | Голландия |
| 1690 | Первая пароатмосферная поршневая машина и описание пароатмосферного цикла | Д. Папен | |
| 1698 | Паровой насос для откачки воды из шахт. | Томас Севери | Англия |
| 1702 | Паровой двигатель | Томас Севери | Англия |
| 1705 | Пароатмосферная машина для откачки воды из шахт | Томас Ньюкомен | Англия |
| 1711 | Усовершенствовал паровую машину, отделив паровой котел от цилиндра | Томас Ньюкомен | Англия |
| 1718 | Паровая машина с автоматическим регулированием и предохранительным клапаном | Г. Бейтон | Англия |
| 1765 | Паровая машина, в которой цилиндр был изолирован от внешней среды и снабжен конденсатором | Джеймс Уатт | Англия |
| 1768 | *Первая действующая паровая машина | Джеймс Уатт | |
| 1769 | Патент на конструкцию машины ?прямого? действия | Джеймс Уатт | Англия |
| 1782 | Паровая машина двойного действия. | Джеймс Уатт | Англия |
| 1784 | Патент на паровую машину двойного действия | Джеймс Уатт | Англия |
| 1797 | Патент на паровую машину высокого давления | Эванс | США |
| 1801 | Патент на двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе. | Лебон | Франции |
| 1816 | Изобретен двигатель Стирлинга | Роберт Стирлинг | |
| 1821 | Первый электромотор | Майкл Фарадей | Англия |
| 1824 | Впервые показано, что эффективность теплового двигателя зависит от разницы температур между двигателем и окружающей средой. | Николя Леонара Сади Карно | |
| 1827 | Первая практически пригодная гидравлическая турбина | Б. Фурнерон | Франции |
| 1828 | Паровой котел с дымогарными трубами. | Сеген | |
| 1832 | Гидротурбина Фурнейрона. | Фурнейрон | |
| 1832 | Электрический двигатель | Уильям Стургеон | Англия |
| 1834 | Электродвигатель постоянного тока. | Б.С. Якоби | Россия |
| 1837 | Первый американский патент на электродвигатель (Патент США 132) | США | |
| 1841 | Синхронный электродвигатель переменного тока Уитстона. | Уитстон | Англия |
| 1850 | Проект паровой машины системы «Компаунд» | Д. Никольсон | Англия |
| 1850 | Первая формулировка первого и второго закона термодинамики | Рудольф Клаузиус | |
| 1856 | Двигатель внутреннего сгорания | Е. Барсанти и Ф. Мэтьючи | Италия |
| 1860 | Электродвигатель с с вращающимся кольцевым якорем. | Пачинотти | Италия |
| 1864 | Газовый двигатель внутреннего сгорания | Николаус Отто | Германия |
| 1872 | Двухтактный газовый двигатель. | Карл Бенц | Германия |
| 1876 | Создан 4-тактный газовый двигатель внутреннего сгорания | Николаус Отто | Германия |
| 1877 | Патентуется четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (US Патент 194047) | Николаус Отто | Германия |
| 1879 | Первый двухтактный мотор | Карл Бенц | Германия |
| 1879 | Индукционный двигатель с вращающимися магнитными полюсами. | Бейли | |
| 1879 | *Двухтактный двигатель | Карл Бенц | Германия |
| 1882 | Джеймс Аткинсон изобретает цикл Аткинсона, который в настоящее время распространены в некоторых гибридных транспортных средств. | ||
| 1883 | Паровая турбина Лаваля. | Лаваль | Швеция |
| 1883 | Первый бензиновый двигатель внутреннего сгорания Даймлера. | Готлиб Даймлер | Германия |
| 1884 | Гидротурбина Пельтона. | Пельтон | |
| 1884 | Паровая турбина Парсона. | Парсон | |
| 1884 | 8-цилиндровый бензиновый двигатель для дирижабля | И. Костович | |
| 1885 | Патент на двигатель - в половину лошадиной силы | Готлиб Даймлер | Германия |
| 1886 | Бензиновый д.в.с. на 4-колесную коляску | Готлиб Даймлер | Германия |
| 1888 | Патент на асинхронный двигатель (US Патент 381968) | Никола Тесла | США |
| 1889 | Паровая турбина с расширяющимся соплом. | К. Лаваль | Швеция |
| 1889 | Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. | Доливо-Добровольский | Россия |
| 1892 | Патент на Дизельный двигатель (US Патент 608845) | Рудольф Дизель | США |
| 1893 | Германский патент на дизель | Рудольф Дизель | Германия |
| 1894 | Карл Бенц (Karl Benz) получил патент на изготовление машин с двигателем внутреннего сгорания | Карл Бенц (Karl Benz) | Германия |
| 1894 | Первая работающая модель двигателя Дизеля. | Рудольф Дизель | Германия |
| 1895 | Двигатель Дизеля. | Рудольф Дизель | США |
| 1897 | Двигатель с самовоспламенением от сжатия | Р. Дизель | Германия |
| 1905 | Газовая турбина | Г. Гольцварт | Германия |
| 1908 | Прямоточный воздушно-реактивный двигатель | Л. Лорен | Франция |
| 1909 | Проект турбореактивного двигателя. | И. Герасимов | Россия |
| 1926 | Ракета с жидкостным реактивным двигателем. | Роберт Годдард | США |
| 1929 | Патент на роторный двигатель Ванкеля (US Патент 2988008) | Феликс Ванкель | |
| 1930 | Первые огневые испытания экспериментального реактивного двигателя ("опытный реактивный первый" - ОР-1), работающего на воздушно-бензиновой смеси | Ф.А. Цандер | СССР |
| 1936 | Патент на модель турбореактивного двигателя. | Ханс фон Охайн | Германия |
| 1937 | Первый турбореактивный двигатель ?U?. | Уиттл | |
| 1937 | Газовые турбины | Ханс фон Охайн | Германия |
| 1939 | Летные испытания воздушно-реактивных двигателей | Н.Н.Поликарпов | Россия |
| 1939 | Ракета с прямоточным воздушно-реактивным двигателем | И.А. Меркулов | Россия |
| 1941 | Турбореактивный двигатель НеS-8. | Ханс фон Охайн | Германия |
| 1954 | Первая в мире Обнинская атомная электростанция мощностью в 5 тыс. Квт. | СССР | |
| 1956 | В Англии открыта атомная электростанция | Англия |
Источники:
| 1 | http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_motor_and_engine_technology |
| 2 | ВАЖНЕЙШИЕ СОБЫТИЯ В МИРЕ http://innov.spbu.ru/izobr.php |
| 3 | КРУПНЕЙШИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОТКРЫТИЯ - ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ http://www.sciteclibrary.ru/spravochnik/08-3.htm |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.3. Краткая хронология создания электрических аккумуляторов.
| Год | Название | Изобретатель, и/или Фирма | Страна |
| 1800 | Первый химический источник тока («вольтов столб») и открыл контактную разность потенциалов. | А. Вольта | Италия |
| 1802 | Открытие аккумуляторного эффекта | Ритгер | |
| 1854 | Аккумуляторный эффект на свинцовых пластинах, опущенных в серную кислоту. | Зинстеден | |
| 1859 | Аккумуляторная батарея | Гастон Плант | |
| 1899 | Первый патент на Ni/Cd аккумуляторные ячейки со щелочью | Вальдемар Джунгнер | Швеция |
| 1900 | Патент на Ni/Fe аккумулятор. | Томас Алва Эдисон | США |
| 1903 | Щелочной аккумулятор | Эдисон | США |
| 1909 | Герметичный мокрый аккумулятор | Beautey | Франция |
| 1934 | Свинцово-кислотные аккумуляторе с загущенным содержимым ячеек | Elektrotechnische Fabrik Sonneberg | Германия |
| 1941 | Ag/ZnO (без Hg) элементы | Анри Андре | Франция |
| 1944 | Ag/Hg элементы | Самюэль Рубен | США |
| 1947 | Рекомбинантные Ni/Cd аккумуляторы, в которых газы, образующихся в химической реакции, рекомбинируют, а не уходят в атмосферу, что предотвращает потерю электролита. | Нейман | Франция |
| 1957 | Рекомбинантные Гель батареи ОАС или VRLA | Отто Джаш | Германия |
| 1959 | Запатентована первая щелочная батарея. | Лью Урри | Канада |
| 1960 | Li/I батарея для кардиостимуляторов | Уилсон Гретбатч | США |
| 1967 | Работ по герметизированным свинцово-кислотных (ОАС) аккумуляторам на технологии AGM | США | |
| 1972 | Экспериментальный Na/S аккумулятор, действующих при температуре 350?C и мощностью 50kWh установлены на электрическом транспорте. | ||
| 1975 | Развитие герметичных свинцово-кислотных (ОАС), или регулируемых свинцово-кислотных (VRLA) аккумуляторов | ||
| 1979 | Li-Ion аккумуляторная батарея с использованием оксида кобальта (LiCoO2) и литий-диоксид марганца (LiMn2O4) | Джон Б. Гуденох | США |
| 1986 | Запатентованы Ni/MH аккумуляторы | Стэнфорд Овшински. | США |
| 1990 | Коммерциализации Ni/MH аккумуляторов | ||
| 1990 | Внедрение Li батарей. | ||
| 1992 | Использование щелочных/Mn аккумуляторов (RAM) аккумуляторных батарей | Карл Кордеш | Канада |
| 1993 | Zn-воздушный аккумулятор. Аккумулятор заряжается щелочным электролитом и гранулами цинка, которые потребляются в процессе виде оксида цинка и цинката калия. Отработанный электролит рециркулируются. | Джон Купер | США |
| 1994 | Литий-полимерные ячейки (PLI) с твердым полимерным электролитом. | Bellcore | |
| 1996 | Пластиковые батареи, с использованием легированных полимерных, polypyrrole (пять membered кольцо структурированных органические молекулы, способные окислительно-восстановительных реакций). Батарея генерирует 2,5 Вольта, является гибой и работает в широком диапазоне температур с длительным циклом жизни. | Теодор О. Похлер и Питер C. Серсон | США |
| 2000 | Гидрино-гидридные батареи, для которой он утверждал, теоретическая плотность энергии 10000 Вт?ч /кг, а ячейки напряжение 70 Вольт. | Ли Randell Миллс | США |
| 2003 | Патент на аккумуляторную батарею Al/воздуха с использованием нанотехнологий для достижения очень высоких плотностей энергии. | Райнер Партанен | Финляндия |
Источники:
| 1 | http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_motor_and_engine_technology |
| 2 | КРУПНЕЙШИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОТКРЫТИЯ - ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ http://www.sciteclibrary.ru/spravochnik/08-3.htm |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.4. Краткая хронология открытия основных конструкционных материалов и технологий их получения и обработки
| Год | Название | Изобретатель, и/или Фирма | Страна |
| -5000 | Люди, обитавшие в Малой Азии, обнаружили, что жидкая медь получается при обжиге малахита и лазурита и из нее можно отливать различные фигуры. Начало металлургии и открытие недр Земли как кладовой минералов. | - | Малая Азия |
| -3500 | Египтяне впервые выплавили железо (видимо, в качестве побочного продукта рафинирования меди) и стали использовать его для изготовления украшений. Раскрыт первый секрет получения главного металла цивилизации. | - | Египет |
| -3000 | Металлурги Ближнего Востока и Малой Азии обнаружили, что добавка оловянной руды к медной руде позволяет получать значительно более прочный материал, чем чистая медь или олово, - бронзу. Появилась концепция сплавления, идея о том, что смесь двух и более металлов дает вещество, свойства которого превосходят свойства каждого из компонентов. | - | Малая Азия |
| -1400 | Способ получения железа и метод его поверхностной закалки | Армения | |
| -800 | Способ соединения металлических изделий пайкой вместо клепки | Главк | Хиос (Греция) |
| 1450 | Создан сплав системы свинец-олово-сурьма, из которого можно было отливать в медных формах наборные шрифты для типографии. Создана технологическая основа средств массовой информации. | Иоганн Гутенберг | Германия |
| 1451 | Разработан метод отделения серебра от свинца и меди, руды которых, как правило, перемешаны. Установлено, что операции добычи и переработки металлов позволяют получать нужный металл в качестве побочного продукта. | Йохансон Функен | Германия |
| 1709 | Использование кокса при выплавке железа | Абрахам Дерби (старший) | Англия |
| 1713 | Частично заменил древесный уголь на каменный в доменной плавке | Абрахам Дерби (старший) | Англия |
| 1735 | Применил кокс для доменной плавки | А. Дерби (младший) | Англия |
| 1780 | Совершенствование технологии передела чугуна в железо | ||
| 1783 | Запатентовал способ прокатки на вальцах железа фасонного профиля | Г. Корт | Англия |
| 1783 | предложил способ передела чугуна в железо, близкий к пудлингованию | П. Оньен | Англия |
| 1825 | Открытие алюминия | Х. Эрстэд | Дания |
| 1827 | Выделен металлический алюминий, нагревая его хлорид с калием. Получен в чистом виде самый распространенный металл, составляющий земную кору. | Фридрих Вёлер | Германия |
| 1829 | На Александровском заводе впервые применено горячее дутье при выплавке чугуна | Росия | |
| 1854 | Электролитический способ получения алюминия из расплава хлористого алюминия. | Бунзен и Девилль | |
| 1854 | Промышленное производство алюминия по способу Велера | А. Сент-Клер Девиль | Франция |
| 1856 | Конвертерный («бессемеровский») способ передачи чугуна в сталь и агрегат для массового производства стали | Г. Бессемер | Англия |
| 1886 | Открыт способ получения алюминия с помощью процесса электролиза | Чарльз Мартин Холл, Оберлин (шт/ Огайо) и Пьер Херо | США, Франция |
| 1889 | Патентуется современный способ производства алюминия | ||
| 1904 | Разработан состав первой нержавеющей стали. Начало использования стали в условиях высокой коррозии. | Леон Жиллет | |
| 1906 | Обнаружено, что алюминиевые сплавы упрочняются за счет выделения мелких частиц. Появился первый высокопрочный алюминиевый сплав - дюралюминий. | Альфред Вильм | |
| 1926 | Запатентовали добавку малого количества алюминия в сплав на основе никеля-хрома и получил первый жаропрочный сверхсплав. Стало возможным создание двигателей для реактивных самолетов, ракет и мощных турбин тепловых электростанций. | Пауль Мерика | |
| 1955 | Электродуговая плавка молибдена в вакууме | США |
Источники:
| 1 | КРУПНЕЙШИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОТКРЫТИЯ - ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ http://www.sciteclibrary.ru/spravochnik/08-3.htm |
| 2 | 100 НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫХ СОБЫТИЙ И ЛЮДЕЙ, ОКАЗАВШИХ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ НА РАЗВИТИЕ НАУКИ http://www.metodolog.ru/00912/00912.html, www.materialmoments.org, "Химия и жизнь" 2006-10 |
| 3 | ВАЖНЕЙШИЕ СОБЫТИЯ В МИРЕ http://innov.spbu.ru/izobr.php |
В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.
